論文の概要: Quantum illumination advantage in quantum Doppler radar

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2411.14414v1
• Date: Thu, 21 Nov 2024 18:49:57 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2024-11-22 15:18:41.717869
• Title: Quantum illumination advantage in quantum Doppler radar
• Title（参考訳）: 量子ドップラーレーダにおける量子照明の利点
• Authors: Rongyu Wei, Francesco Albarelli, Jun Li, Vittorio Giovannetti,
• Abstract要約: ドップラーレーダ(英: Doppler radar)とは、ドップラー効果を用いて移動目標の半径速度を距離で推定する装置である。 ターゲット検出のためには、マイクロ波を記述するのに適した高雑音状態においても量子優位性が存在する。 3dBの利点は、低い透過率であっても、少数の信号光子と高い熱雑音の体制において可能である。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.3424450937114316
• License:
• Abstract: A Doppler radar is a device that employs the Doppler effect to estimate the radial velocity of a moving target at a distance. Traditional radars are based on a classical description of the electromagnetic radiation, but in principle their performance can be improved employing entangled quantum probe states. For target detection, i.e. hypothesis testing, a quantum advantage exists even in the high-noise regime appropriate to describe microwave fields, a protocol known as quantum illumination. In this paper, we show a similar advantage also for a quantum Doppler radar operating in presence of thermal noise, whereas so far a quantum advantage was shown in the noiseless scenario or in lidars operating at optical frequencies with negligible thermal noise. Concretely, we quantify the radar performance in terms of the quantum Fisher information, which captures the ultimate precision allowed by quantum mechanics in the asymptotic regime. We compare a classical protocol based on coherent states with a quantum one that uses multimode states obtained from spontaneous parametric downconversion. To ensure a fair comparison we match the signal energy and pulse duration. We show that a 3dB advantage is possible in the regime of small number of signal photons and high thermal noise, even for low transmissivity.
• Abstract（参考訳）: ドップラーレーダ(英: Doppler radar)とは、ドップラー効果を用いて移動目標の半径速度を距離で推定する装置である。 従来のレーダーは、電磁放射の古典的な記述に基づいているが、原理的には、その性能は絡み合った量子プローブ状態を用いて改善することができる。 ターゲット検出(英語版)、すなわち仮説テスト(英語版)では、量子照明として知られるプロトコルであるマイクロ波を記述するのに適した高雑音状態においても、量子優位性が存在する。 本稿では, 熱雑音の存在下で動作する量子ドップラーレーダにも同様の利点を示すが, 従来はノイズのないシナリオや, 無視可能な熱雑音を伴う光周波数で動作するライダーにおいて, 量子アドバンテージが示されていた。 具体的には、漸近的状態において量子力学が許容する究極の精度を捉える量子フィッシャー情報の観点から、レーダ性能を定量化する。 我々は、コヒーレントな状態に基づく古典的プロトコルと、自発的なパラメトリックなダウンコンバージョンから得られるマルチモード状態を使用する量子的プロトコルを比較する。 公正な比較を確保するために、信号エネルギーとパルス持続時間に一致します。 低透過性でも、少数の信号光子と高熱雑音の条件下では、3dBの利点が可能であることを示す。

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